專利名稱：：具有染色的和焊接的微孔層的可透氣防水織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有濕氣和水分控制的多層織物以及含有這種織物的衣
背景技術(shù)：
：在雨天和其他潮濕條件下穿著的防護服應(yīng)能夠通過防止水分滲入到衣服中并通過使汗水從穿著者身上蒸發(fā)到大氣中來保持穿著者干燥。確實允許汗水蒸發(fā)的"可透氣的，，材料易于被雨水濕透，因此它們無法做到真正的防水。油布、涂覆有聚氨酯的織物、聚氯乙烯薄膜以及其他材料是防水的，但無法獲得令人滿意的汗水蒸發(fā)效果。已用硅氧烷、碳氟化合物以及其他防水劑處理過的織物通常允許汗水蒸發(fā)，但防水能力有限；在極低的壓力下水會滲透這些織物，并且在摩擦或機械撓曲時常會自發(fā)滲漏。雨衣必須能承受雨淋和暴風(fēng)雨的沖擊力，并能承受在衣服折疊和褶皺中產(chǎn)生的壓力。普遍認為衣服必須是"可透氣的"以達到穿著舒適的效果。有助于衣服舒適度的兩個因素包括透過或未透過衣服的空氣量，以及從內(nèi)部透到外部的汗水量，以使得內(nèi)衣不會變濕，從而實現(xiàn)自然蒸發(fā)的冷卻效果。然而，即便是最新開發(fā)的采用微孔薄膜的可透氣織物制品，如果要控制透氣率，往往也會限制濕氣透過率?，F(xiàn)行許多防水結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用疏水涂層的多層織物結(jié)構(gòu)。該織物結(jié)構(gòu)通常由織造織物層、膜式微孔層、以及另一織造材料層制成。該微孔層是用來提供目標(biāo)應(yīng)用必需的合適透氣率和濕氣透過率的構(gòu)造的功能層。有關(guān)此類構(gòu)造的實例，可參見美國專利5,217,782、4,535,008、4，560，611和5，204,156。當(dāng)前應(yīng)用于多種防水和/或防風(fēng)可透氣衣服的材料為白色的膨脹聚四氟乙烯(e-PTFE)微孔結(jié)構(gòu)。由于無法對此材料進行染色，因此在切割或縫3入衣服時會產(chǎn)生白邊。該白邊在目標(biāo)為該微孔結(jié)構(gòu)的較高端市場應(yīng)用中是不可接受的。在包含e-PTFE的任何織物結(jié)構(gòu)的最終構(gòu)造中，必須包括用于隱藏白邊的后處理步驟。另外，該材料的化學(xué)性質(zhì)使得必需對含有e-PTFE的任何織物結(jié)構(gòu)的邊緣、拉鏈、口袋等進行縫合。該縫合使得織物的防風(fēng)和/或防水功能在縫合點處變?nèi)?，因此必須對縫合區(qū)域進行另外的后處理，以便重新獲得防水/防風(fēng)功能。因此，需要能夠被染色以匹配織物結(jié)構(gòu)中的其他層的顏色的微孔層。該著色可在制造亞微米非織造結(jié)構(gòu)期間或之后完成。對于微孔層進行的該著色將省去隱藏白邊所需的任何后處理步驟。還需要可被熱粘結(jié)以除去織物結(jié)構(gòu)中的縫合的微孔層。該熱粘結(jié)將生成完全無縫的防水和/或防風(fēng)結(jié)構(gòu)并可除去必須在縫合點完成以重新獲得織物結(jié)構(gòu)的防水和/或防風(fēng)功能的任何后處理。雖然熟知例如e-PTFE是用于衣服中防水、可透氣和擋風(fēng)織物的理想材料，但e-PTFE的高熔點以及其他不可取的方面意味著在與普通紡織物材料例如尼龍或聚酯相同的溫度下不易熔化。在衣服中，通過熱或超聲焊接技術(shù)來密封接縫越來越受歡迎。這些技術(shù)取決于所涉及材料的熔融溫度。較低的熔融溫度更適用于這些技術(shù)。此外，多組分結(jié)構(gòu)的相似熔融特性是更可取的，以便在焊接中材料可更適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合。為了熱縫焊包含e-PTFE的多組分織物結(jié)構(gòu)，必須克服e-PTFE的相異高熔融溫度產(chǎn)生的這些問題。為了實現(xiàn)這一點，使用了更為復(fù)雜的縫焊技術(shù)，稱作"折疊縫合"(feld-seaming),該技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)的多個折疊以使得表面織物與表面織物接觸并焊接。這樣會形成較厚重的接縫，而厚重的接縫對于美觀和舒適度來說是不可取的。此外，要形成折疊縫合，必須將特殊的配件連接到縫焊機器上。與不含e-PTFE的常規(guī)接縫相比，該技術(shù)還可能更慢并且更易生成錯誤/垃圾。此外，縫焊處理和e-PTFE溫度的升高會引起e-PTFE內(nèi)的"斷裂"，從而導(dǎo)致最終衣服制造失敗。本發(fā)明涉及用于衣服的層狀材料，該材料在高透氣率下可提供受控的液態(tài)水阻力從而可高度防水并且還可染色和焊接。發(fā)明概述在一個實施方案中，本發(fā)明涉及能夠透出濕氣并同時為穿著者擋風(fēng)和/或防水的衣服。該衣服包括與納米纖維層相鄰并且呈面對面關(guān)系的至少一個織物層構(gòu)成的復(fù)合織物。納米纖維層包括聚合物納米纖維的至少一個多孔層，該聚合物納米纖維具有介于約50nm至約1000nm之間的^:均直徑，介于約lg/n^和約100g/i^之間的基重，并且該復(fù)合材料織物具有介于約1.2mVmVmin和約7.6m3/m2/min之間的弗雷澤透氣率，以及根據(jù)ASTME-96B測得的大于約500g/mV天的濕氣透過率，所述納米纖維層的整個表面或部分表面被焊接。發(fā)明詳述在一個實施方案中，本發(fā)明包括與織物層相鄰的納米纖維層，并且任選地納米纖維層粘結(jié)到織物層表面的至少一部分上。術(shù)語"納米纖維層"和"納米纖維網(wǎng)"在本文中可互換使用。如本文所用，術(shù)語"納米纖維"是指具有小于約IOOO歷，甚至小于約800誦，甚至介于約50nm和500nm之間，并且甚至介于約100和400訓(xùn)之間的數(shù)均直徑或橫截面的纖維。如本文所用，術(shù)語"直徑"包括非圓形形狀的最大橫截面。術(shù)語"非織造材料"是指包括多根無規(guī)分布的纖維的纖維網(wǎng)。纖維通?？梢员舜苏辰Y(jié)，或者可以不粘結(jié)。纖維可以是人造短纖維或連續(xù)纖維。纖維可包含一種材料或多種材料，也可以是不同纖維的組合或者是分別包含不同材料的類似纖維的組合。"熔噴纖維"是指通過以下方法形成的纖維將熔融熱塑性材料通過許多細小的、通常為圓形的模具毛細管擠成熔融線或長絲，然后進入會聚的通常為熱的和高速的氣體如空氣流中，使熔融熱塑性材料的長絲變細并形成纖維。在熔噴工藝期間，熔融長絲的直徑通過牽伸空氣減小至所需尺寸。之后，熔噴纖維由高速氣流攜帶并沉積在收集表面上以形成無規(guī)分散的熔噴纖維的纖維網(wǎng)。這樣的工藝在例如授予Buntin等人的美國專利3,849,241、授予Lau的美國專利4，526，733、和授予Dodge,II等人的美國專利5,160,746中有所公開，所有專利據(jù)此以引用方式并入本文。熔噴纖維可以為連續(xù)的或不連續(xù)的。"壓延"是指將纖維網(wǎng)穿過兩個輥之間的輥隙的過程。輥可以彼此接觸，或者可以在輥表面之間有固定的或可變的間隙。有利的是，在該壓延過程中，輥隙在軟輥和硬輥之間形成。"軟輥"是指在為了保持兩輥在壓延機中接觸而施加的壓力下會變形的輥。"硬輥"是具有下述表面的輥，該表面在工藝壓力下不會發(fā)生對工藝或產(chǎn)品產(chǎn)生顯著影響的變形。"無圖案的"輥是指在能夠制造它們的過程中具有平滑表面的輥。當(dāng)纖維網(wǎng)穿過輥隙時，沒有點或圖案使得可在纖維網(wǎng)上特意生成圖案，這不同于點粘合輥。在一個實施方案中，本發(fā)明涉及能保持高濕氣透過率并具有微孔層的可透氣織物，所述微孔層可被染色和/或焊接到衣服中的其他織物上。該織物包括納米纖維層，該納米纖維層繼而包括至少一個聚合物納米纖維的多孔層，所述聚合物納米纖維具有介于約lg/n^和約100g/m2之間的基重。本發(fā)明還包括與納米纖維層相鄰并且與其呈面對面關(guān)系的第一織物層，并且任選地還包括與納米纖維層相鄰并且與其呈面對面關(guān)系并且位于納米纖維層上與第一織物層相對側(cè)的第二織物層。本發(fā)明的阻隔織物還具有介于約1.2m7m7min和約7.6m7m7min之間的弗雷澤透氣率，以及根據(jù)ASTME-96B方法測得的大于約500g/ni7天的濕氣透過率。非織造纖維網(wǎng)可主要包括或僅包括通過靜電紡紗生成的納米纖維，例如通過傳統(tǒng)的靜電紡紗或電吹，在某些情況下通過熔噴方法生成。傳統(tǒng)的靜電紡紗是美國專利4,127,706中所述的技術(shù)，該專利全文并入本文中，其中向溶液中的聚合物施加高電壓以生成納米纖維和非織造墊。非織造纖維網(wǎng)還可包括熔噴纖維。用于制造納米纖維網(wǎng)的"電吹，，工藝公開于世界專利公布WO03/080905中，該文獻全文以引用方式并入本文。包含聚合物和溶劑的聚合物溶液流從儲罐喂入噴絲頭的一系列紡絲噴嘴，向噴嘴施加高電壓并且聚合物溶液通過噴嘴被排出。同時，任選加熱的壓縮空氣由空氣噴嘴排出，空氣噴嘴設(shè)置在紡絲噴嘴的側(cè)面或周邊。通常向下引導(dǎo)空氣，以形成吹氣流，所述吹氣流包裹住新排出的聚合物溶液并將其前送，并且有助于形成纖維網(wǎng)，所述纖維網(wǎng)被收集在真空室上方的接地多孔收集帶上。電吹方法允許在相對短的時間周期內(nèi)，形成商用尺寸和數(shù)量的納米纖維網(wǎng)，所述納米纖維網(wǎng)的基重超過約lgsm，甚至高達約40gsm或更大。本發(fā)明的織物組分可以布置在收集器上以便收集和混合在織物上紡成的納米纖維網(wǎng)，以便可將混合的纖維網(wǎng)用作本發(fā)明的織物?？捎糜谛纬杀景l(fā)明的納米纖維網(wǎng)的聚合物材料并未特別限制，并包括加聚物和縮聚物材料，例如聚縮醛、聚酰胺、聚酯、纖維素醚和酯、聚烯化硫、聚亞芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物以及它們的混合物。這些種類中優(yōu)選的材料包括交聯(lián)和非交聯(lián)形式的、不同水解程度(87%至99.5%)的聚(氯乙烯)、聚曱基丙烯酸曱酯(和其他丙烯酸類樹脂)、聚苯乙烯、以及它們的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。優(yōu)選的加聚物趨于是玻璃狀的(L高于室溫)。聚氯乙烯和聚曱基丙烯酸甲酯、苯乙烯聚合物混合物或合金或低結(jié)晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一類優(yōu)選的聚酰胺縮聚物為尼龍材料，例如尼龍-6、尼龍-6，6、尼龍6,6-6，10等。當(dāng)通過熔噴法形成本發(fā)明的聚合物納米纖維網(wǎng)時，可使用能夠熔噴成納米纖維的任何熱塑性聚合物，包括聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯)、聚酯(例如聚(對苯二曱酸乙二酯))以及聚酰胺(例如上面所列的尼龍聚合物)。本發(fā)明的初生納米纖維網(wǎng)可壓延以便為本發(fā)明的織物賦予所需的物理特性，如提交于2006年9月20日的共同未決的美國專利申請11/523，827中所公開，該專利申請全文以引用方式并入本文?？蓪⒊跎{米纖維網(wǎng)喂入兩個無圖案的輥之間的輥隙中，其中一個輥是無圖案的軟輥，一個輥是無圖案的硬輥，硬輥的溫度保持在Tg和乙之間，其中Tg在本文中被定義為聚合物由玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度，T。m在本文中被定義為聚合物開始熔融的溫度，以使得納米纖維網(wǎng)的納米纖維在穿過壓延輥隙時處于塑性狀態(tài)。輥的組成和硬度可以變化以生成織物的所需最終使用特性。一個輥可以是硬金屬，例如不銹鋼，另一個輥是軟金屬或聚合物涂覆的輥或硬度小于RockwellB70的復(fù)合材料輥。纖維網(wǎng)在兩個輥之間的輥隙中的停留時間由纖維網(wǎng)的線速度控制，所述線速度優(yōu)選地介于約1m/rain和約50m/min之間，并且兩輥之間的占有距離為纖維網(wǎng)與雙輥同時接觸時的縱向距離。該占有距離受施加在兩輥之間的輥隙處的壓力控制，并通常以輥的每線性橫向尺寸上的力來測定，所述占有距離優(yōu)選地介于約lmm和約30mm之間。此外，納米纖維網(wǎng)可被拉伸，任選地同時加熱至納米纖維聚合物的Tg和最低乙之間的溫度。拉伸可以在將纖維網(wǎng)喂入壓延輥中之前和/或之后進行，可以在縱向或橫向上，或兩個方向上同時進行。多種天然和合成織物是已知的，并且可用作本發(fā)明的一個或多個織物層，例如用于構(gòu)造服裝，例如運動服、耐用外衣和戶外用品、防護服等(例如手套、圍裙、皮套褲、褲子、靴子、防潮鞋罩(gators)、襯衫、夾克、外套、襪子、鞋子、內(nèi)衣、背心、高筒防水膠靴或褲、帽子、橡膠長手套、睡袋、帳篷等)。通常，設(shè)計用作結(jié)實耐用的外衣的衣服由相對疏松織造織物構(gòu)成，該織物由具有相對低強度或韌度的天然和/或合成纖維(例如尼龍、棉、羊毛、絲綢、聚酯、聚丙烯酸類、聚烯烴等)制成。每種纖維可具有小于約8克/旦尼爾(gpd)，更典型地小于約5gpd,并且在一些情況下小于約3gpd的拉伸強度或韌度。此類材料可具有多種有益特性，例如可染性、透氣性、亮度、舒適度，以及在某些情況下的耐磨性?？墒褂貌煌木幙椊Y(jié)構(gòu)和不同的編織密度來形成幾種可供選擇的織造復(fù)合織物，作為本發(fā)明的組成?？墒褂镁幙椊Y(jié)構(gòu)例如平紋結(jié)構(gòu)、增強平紋結(jié)構(gòu)(具有雙或多經(jīng)線和/或緯線)、斜紋結(jié)構(gòu)、增強斜紋結(jié)構(gòu)(具有雙或多經(jīng)線和/或煒線)、緞面結(jié)構(gòu)、增強緞面結(jié)構(gòu)(具有雙或多經(jīng)線和/或綿線)、針織物、氈、抓絨和針刺結(jié)構(gòu)。拉伸織造物、格子布、多臂織物、提花織物也適用于本發(fā)明。將納米纖維網(wǎng)焊接到織物層的表面的某一部分上，并可通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何方法焊接到織物層上，例如熱焊接，任選地使用超聲場。本發(fā)明上下文中的"焊接方式"是指實現(xiàn)將兩個纖維網(wǎng)層合為復(fù)合結(jié)粘結(jié)、點粘結(jié)、和真空層合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉各種類型的焊接，并且能夠采用任何合適的焊接方式用于本發(fā)明。8超聲波粘結(jié)例如通常需要執(zhí)行一個過程，例如，通過將材料穿過超聲裝置和砧輥之間，例如美國專利4，374，888和5，591，278中所述，該專利據(jù)此以引用方式并入。在超聲波粘結(jié)的示例性方法中，將要連接在一起的不同層同時送入超聲裝置的粘結(jié)輥隙。多種這類裝置可商購獲得。一4殳來講，這類裝置在層內(nèi)的粘結(jié)位點生成可熔融熱塑性組分的高頻振動能量，并將它們連接在一起。因此，引入能量的量、混合組分穿過輥隙的速度、輥隙處的間隙、以及粘結(jié)位點的數(shù)量決定了不同層之間的粘合程度?？色@得極高的頻率，超過18，000Hz(每秒周數(shù))的頻率通常稱為超聲，取決于不同層之間所需的粘合和對材料的選擇，低至5，000Hz或者甚至更低的頻率可制備合格的產(chǎn)品?，F(xiàn)在，將通過以下具體實施例闡述本發(fā)明實施例在實施例1中，使用"288圖案"凹版輥施加60psi的壓力，通過溶劑型聚氨酯粘合劑制備了由尼龍格子布(基重100gsm)、納米纖維網(wǎng)(由尼龍6，6制成)和尼龍網(wǎng)材料構(gòu)成的三層織物構(gòu)造。在實施例2中，使用"288圖案"凹版輥施加60psi的壓力，通過溶劑型聚氨酯粘合劑制備了由尼龍格子布(基重100gsm)、納米纖維網(wǎng)(由尼龍6，6制成)和尼龍經(jīng)編針織材料(基重35gsm)構(gòu)成的三層織物構(gòu)造。然后使用SeamMasterTM和各種縫合類型超聲粘結(jié)最終的三層構(gòu)造，以包括平的、增強的、和彎曲的縫合。然后，使用Instron拉力機和25.40mm寬的樣本，測試實施例1和2的構(gòu)造的斷裂強度、最大載荷下的伸長率、斷裂伸長百分比、彈性模量、拉伸強度、和最大載荷下的能量。所用的測力傳感器為5kN。還測試了ZeroResistance高爾夫運動外套(GolfOuterwear)背心的單針接縫。結(jié)果列于表中。樣本斷裂強度(lbf/in)最大載荷下的伸長率(W斷裂伸長率(%)高爾夫運動外套背心(對照物)21.167.437.489<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如數(shù)據(jù)所示，超聲粘結(jié)接縫的斷裂強度大致為單針接縫的一半。它得出了極好的結(jié)果，并表明超聲粘結(jié)織物構(gòu)造具有替代單針接縫的潛力，因此無需向接縫施加縫合條帶的額外步驟。權(quán)利要求1.一種具有透過濕氣的能力并同時為穿著者擋風(fēng)和/或防水的衣服，所述衣服包括與納米纖維層相鄰并與其呈面對面關(guān)系的至少一個織物層的復(fù)合織物，其中所述納米纖維層包括至少一個聚合物納米纖維的多孔層，所述納米纖維具有介于約50nm至約1000nm之間的數(shù)均直徑，介于約1g/m2和約100g/m2之間的基重，并且其中所述復(fù)合織物具有介于約1.2m3/m2/min和約7.6m3/m2/min之間的弗雷澤透氣率，以及根據(jù)ASTME-96B測得的大于約500g/m2/天的濕氣透過率，所述納米纖維層焊接至所述織物層表面的一部分上。2.權(quán)利要求1的衣服，其中所述納米纖維層通過靜電紡紗或電吹制成，或者所述納米纖維層包含熔噴纖維。3.權(quán)利要求1的衣服，其中所述納米纖維層包含選自下列的聚合物聚縮醛、聚酰胺、聚酯、纖維素醚、纖維素酯、聚烯化硫、聚亞芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物和它們的混合物。4.權(quán)利要求1的衣服，其中所述納米纖維層包含聚合物，所述聚合物來自交聯(lián)和非交聯(lián)形式的下列物質(zhì)聚(氯乙烯)、聚曱基丙烯酸曱酉旨、聚苯乙烯、和它們的共聚物、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。5.權(quán)利要求3的衣服，其中所述納米纖維層包含選自下列的聚合物尼龍-6、尼龍-6，6、尼龍6，6-6，10。6.權(quán)利要求1的衣服，其中所述納米纖維層被壓延。7.權(quán)利要求6的衣服，其中所述納米纖維層在與所述第一織物層接觸的同時被壓延。8.權(quán)利要求1的衣服，其中所述第一織物由選自下列的材料織造尼龍、棉、羊毛、絲綢、聚酯、聚丙烯酸類、聚烯烴以及它們的組合。9.權(quán)利要求1的衣服，其中所述第一織物由韌度低于約8克/旦尼爾(gpd)的纖維織造。全文摘要本發(fā)明公開了復(fù)合材料擋風(fēng)織物，所述織物具有在保持高濕氣透過率同時控制透氣率的能力。所述織物具有任選地焊接到織物層上并與其呈面對面關(guān)系的納米纖維層。任選地，第二織物層焊接到相鄰的納米纖維層上并與其呈面對面關(guān)系，并且位于所述納米纖維層的與所述第一織物層相對的一側(cè)。所述織物具有不大于約25cfm/ft²的弗雷澤透氣率，以及根據(jù)ASTME-96B方法測得的大于約500g/m²/天的濕氣透過率。所述納米纖維層焊接到所述織物層的表面的一部分上。文檔編號A41D31/02GK101534666SQ200780040945公開日2009年9月16日申請日期2007年11月2日優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日發(fā)明者G·B·帕爾默四世,J·A·孔利,J·R·古克特,R·A·梅林申請人:納幕爾杜邦公司